输电塔的软土地基混凝土微型桩加固应用工程分析研究

惠雷，程澍，左志远

（1.国网江苏省电力公司江苏齐天电建集团，江苏 连云港 222023；2.国网江苏省电力公司连云港分公司，江苏 连云港 222023）

0 前言

输变电工程在电网系统中具有关键作用，输电线路的稳定性直接影响我国电力运行的成本。我国高速增长的经济需求，对输电线路建设的需要也日益增长。建立起一套可靠度高的加固修缮方法，可以维持基本功能不变。在当下推进能源互联网建设的新时期，加强施工质量管理水平、提高施工质量技术水平具有深远的实践意义[1]。

输电塔是能源领域一种重要的传输电能基础设施。新时代国家发布的“新基建”建设领域中，输电塔基础建设属于重要的组成部分。多数采用角钢塔桁架组成传统经典型的输电塔塔型，它的安全性能直接影响着电力领域的能源安全，具有重要的战略意义。从根部受承载力作用而言，输电塔承受导线和竖向地基承载力作用，可以承担着倾覆力矩，连续倒塌，地震灾害等影响。输电塔基础型式根据地基土的特征承载力和地基土具体情况选择，一般而言，基础有灌注桩基础、独立承台基础、筏板式基础和承台梁基础等几种形式。输电塔的施工具有周期短、节奏强、质量要求高的特点，加之施工现场经常在野外导致各种不确定因素很多，因此施工质量的好坏直接影响后期结构的整体稳定性和安全评估。本文提出针对淤泥土质为主的浅地基提出施工加固方法，以增强塔底部的稳定性，针对几个已经实施的工程，通过方案探讨与结果对比，对几种方法进行深入探析。

1 国内外工程研究现状

输变电工程在电网系统中具有关键作用，输电线路的稳定性直接影响电力运行的成本。基础的可靠性、稳定性、连续性对于保持整条线路稳定性具有十分重要的意义。输变电铁塔在建设过程中面临着工作场所偏远、工人技术经验薄弱、政策和天气变化因素多变等特点，施工技术选择的好坏直接影响工程后期稳定运行。基础方案设计应该根据地形、土质条件以及技术经济指标选择最为合适的基础。目前国内外很多技术已经应用到实际工程中，文献2中针对存在岩石基础承载力的情况采用锚杆静力加固的做法[2]。软土地基状况不利于铁塔地基底部承载，容易产生不均匀沉降。文献3报道了海南软土地区通过加强水泥搅拌桩复合地基承载，降低了基础建设成本又不降低基础承载能力的技术做法[3]。江苏连云港地区地处黄海之滨，地质条件较为复杂，铁塔建设过程中时常存在地基受力面下存在不利于工程建设的土层如细砂土、湿陷性软土等土层；部分地基开挖存在地下积水喷涌、喷砂的现象，妥善处理好这些不良地基处理，对于保障铁塔基础长期安全稳定性十分重要。国内有关机构针对高耸构筑物地基存在进水提出深齿墙和桩基础组合情况满足最大沉降量技术要求[4]。通常铁塔基础使用的开挖式基础，桩基础，岩石锚杆、螺旋锚杆基础，复合地基等几种形式，以上四种基础广泛用于各种工程，但是这些工程技术不仅耗费巨大而且工期长，人工成本高。随着各项新技术的发展，监测和工程技术手段的不断成熟。本文提出使用加固设计的方法增强复合地基承载作用力和稳定性[5]。通常在输电线路工程结构设计中会涉及抗拔力和水平风荷载作用下的基础结构设计，以及在连续地震作用下引起的连续性倒塌结构设计。连续倒塌性能在一定程度上影响着输电塔结构水平荷载作用下的结构安全性能，由于电缆线的线重比较大，档距变化过大容易影响输电线路方向，而且在一定情况下不同塔基之间的档距不同可能对结构安全产生不同程度的影响。外部恶劣条件的变化使得导线覆冰和水平荷载导致角钢发生极限变形破坏[6]。

2 工程案例

2.1 项目概况

从梁丘变110kV间隔向西出线，经过村庄、果园、河床至本期洪爽变。本工程属于连云港市级五年计划脱贫攻坚的重要民生基础设施。双设单架总长度约16.4km。全线新建铁塔采用刚性台阶式基础。松散岩类潜水、基岩裂隙水。松散岩类潜水主要赋存于上部素填土、粘性土中，其补给来源主要为大气降水入渗，排泄方式以蒸发为主，并随季节变化而有所升降。据调查，地下水位受季节影响年变幅较大，基岩裂隙水主要赋存于下部风化岩层中，它们主要通过侧向径流及越流进行补给与排泄。勘测期间测得稳定水位范围值 1.80～2.05m,稳定水位平均值1.94m。

2.2 桩基加固

典型的双回路耐张塔转角塔8#工程在实施过程中发现很多地下泉涌、涌砂现象，实际土层较为复杂，出现土层条件与地勘报告中不符的现象。地面线下2m出现的松散粉质岩地下基岩裂隙渗水。本区内第四系松散沉积物厚度较大，土层强度一般为高-中压缩性土，下部基岩层地基需要妥善处理渗水现象，并且在设计开挖处进行加固处理才能保证基础强度和稳定性达到设计要求。对钢筋混凝土结构内的钢筋在干湿交替条件下具弱腐蚀性；对钢筋混凝土结构内的钢筋在长期浸水条件下具有微腐蚀性。完全杜绝地下水产生的不利因素，需要对基坑做底部加固，验证需要使用微型水泥桩加固和基坑底部四周满樘加固结合的方法。微型水泥桩直径400mm,桩深长度3m，间隔3m,布置图见图1。首先，进行集水井降排措施，把涌出的水位通过排水沟引导到周围的四点集水井，使得水位线达到设计要求以下，并且做好周围淤泥质土的边坡防稳定安全措施，见图2和图3。铁塔基坑底部共计9根水泥加固复合地基。根据《110kV-750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）规定，《地基与基础结构设计规范》和《桩基础设计规范》《地基处理规范》的规范，一般增强体复合地基承载力计算：

图1 微型桩平面布置图

图2 场地涌水涌砂状况

图3 软土地基布桩施工现场

公式中λ代表单桩承载力发挥系数；Ra是单桩承载力特征值；β是桩间土挥发系数，可以按地区查表；Ap是单桩截面积;m指的是复合地基置换率。其中土层的抗侧阻力以及桩端阻力系数见表2。

根据地勘资料，可以得到不同土层下的复合地基承载力特征值表（表1）经过深宽修正后的地基承载力根据公式（1）得出为317kPa,与勘测资料结果对比，大于设计地基承载力270kPa。复合水泥桩基础处理地基后的最大竖向力根据《架空送电线路基础设计技术规定》（DL/T 5219-2005），台阶型基础部分由基础底面以上土的抗拔角控制[7]。微型桩部分上拔稳定性由桩基础的桩侧阻力和桩端组成，文献8指出对微型桩进行二次灌桩更加有利于提高微型桩上拔抗力，研究指出经过斜桩布置后的抗拔效果更佳[8]。经过处理后的黏性土增强微型桩复合地基承载力，抗拔力更有利于保持杆塔基础底部的上拔稳定性，计算基础上拔力大于设计提供的基础上拔作用力。

土层计算结果特征承载力 表1

当h＜hc，此处hc指的是临界高度，ht指土回填深度，Vt代表倒锥土体积，VO代表土下基础体积，Qf代表混凝土自重，α是上拔角，B是基础宽度尺寸，γ是回填土重度。

将表2中土的剪切参数代入公式（2）和公式（3）可得地基计算值与试验设计理论值偏差。

通过参考表2的基础参数，文献7中采用上拔力分析指出结果[7]。鲁先龙提出经验为主的“土重法”分析后处理后的地基计算值与试验设计理论值偏差较小。因为复合地基经过处理后的抗压强度得到了1.2倍提高，因此根据库伦公式，摩擦角也有相应的提高。台阶基础底部有微型桩，根据表2计算每个塔腿产生10kN的桩身抗侧阻力，因此也使得基础上拔力增加到了近1.2倍。

土层土质地勘参数 表2

3 杆塔基础施工工艺要点分析

3.1 加强技术方案措施编制

材料因素的影响，混凝土材料是一种紧密胶凝材料，它由砂和石子、水泥组成，由于不同的水胶比会产生不同的强度等级。在输电塔前期设计技术资料交底时候应该注意到对于进场材料质量的控制，做到进场原材料必须进行检测，必须由合格厂家提供质量合格证书。施工组织前期技术交底对全过程起到技术指导作用，有效的质量控制可以防止不达标混凝土影响基础质量强度安全，合理的水胶比可以保证混凝土干缩而产生裂缝。过大的裂缝会导致铁塔基础部分发生变形和力学破坏，从而影响输电塔基础的稳定性。目前较为普遍的施工技术方案有微型树根桩加固、锚杆静力加固基础、桩下灌注纠偏等技术，经过研究发现均能够有效防止桩底发生较大变形破坏。

3.2 设计影响因素

高耸输电塔常坐落于野外地区，风荷载大，容易产生水平方向的外拉力，严重情况下受竖向荷载和水平荷载容易发生倾覆倒塌。直线塔和转角塔是两种不同的塔型，两种塔型的受力状况是不同的，因此设计期间，通过合理设置塔型的布置减少档距，防止过大档距产生不利影响。

另外通过对角钢塔截面形式的修正，根据《钢结构设计标准》可以改变角钢塔构件的长细比，增强塔身的稳定性。找到影响角钢稳定的重要因素，提高角钢加固后的压弯稳定临界值。

4 结论

①输电塔是一种建设周期较短但是建设质量要求较高的工程，加强前期技术、人工质量的管理，加强关键工序的质量要点把控可以有效减少因为关键工序质量不良造成工程质量缺陷。通常输电塔工程位于野外本例由于前期地址勘察不足，未发现地下土壤处于粘性淤泥，下部含有风化碎石而且出现了沙涌碎石，出现较差的施工环境。本案使用的微型桩加固基础方法，经过施工和验算可以有效防止底面下沉、倾斜，达到纠偏的效果。经过微型桩加固和边坡处理的基础，具有较强的地基承载力特征值，是一种有效的防止地基砂涌的方法，上拔力与试验计算结果偏差值较小，符合基本设计要求。

②地基基础加固处理是输电塔工程中常用的施工技术，在工程建设中时常会出现不同地质条件的软土地基，处理地基成本较高，增加工程建设成本。因此，第一，在施工图交底阶段应该组织测量单位进行沿线地质条件复测，以提前采用合理的施工技术。在施工质量工程前期应该加强对进场混凝土材料的坍落度和原材料质量的把握，杜绝没有正规厂家合格证书产品进场，杜绝不达标材料进场，把工程质量隐患把控在源头。施工管理单位在基础加固前应该依据施工质量标准、施工图纸、工艺方案、工艺流程以及现场各种施工因素对施工质量进行把控，防止出现施工质量问题。第二，设计方在进行关键部位地质勘察件的校验时，采用适时的地质勘察报告，对软土地基原位加固提出合理预案，以保障特殊地基条件下的基础稳定性，确保输电塔安全长期稳定运行。